Investigadores de Berkeley desarrollan un nuevo catalizador reduce un 95% las fugas de hidrógeno y hace más seguros los electrolizadores
Un nuevo catalizador reduce un 95% las fugas de hidrógeno en electrolizadores y acerca una producción más segura de hidrógeno verde
Un paso decisivo para producir hidrógeno verde con más seguridad
El hidrógeno verde se ha convertido en uno de los grandes protagonistas de la transición energética. Cuando se obtiene mediante electricidad procedente de fuentes renovables, permite almacenar energía durante largos periodos y alimentar sectores donde la electrificación directa resulta complicada, como la industria pesada, el transporte marítimo, la aviación o la producción de acero y fertilizantes.
Sin embargo, producir hidrógeno de forma eficiente no basta. También debe hacerse con las máximas garantías de seguridad. Precisamente ahí es donde un equipo de investigadores del Lawrence Berkeley National Laboratory y de la Universidad de California en Irvine ha logrado un avance relevante, publicado en la revista Nature Energy.
Su propuesta incorpora un catalizador de recombinación de gases capaz de reducir en un 95% las fugas de hidrógeno dentro de los electrolizadores alcalinos líquidos, una de las tecnologías con mayor potencial para fabricar hidrógeno renovable a gran escala.
El desafío oculto dentro de los electrolizadores
Los electrolizadores alcalinos líquidos (LAWE) separan las moléculas de agua mediante electricidad para obtener hidrógeno en un electrodo y oxígeno en el otro. Entre ambos existe un separador cuya misión consiste en impedir que ambos gases se mezclen mientras permite el paso de los iones necesarios para mantener la reacción.
Sobre el papel parece sencillo. En la práctica aparecen algunos inconvenientes.
Cuando se busca aumentar el rendimiento del electrolizador utilizando determinados materiales o configuraciones más avanzadas, también puede incrementarse la cantidad de hidrógeno que atraviesa el separador. Ese fenómeno, conocido como hydrogen crossover, provoca que parte del hidrógeno alcance la zona donde se genera oxígeno.
Si ambos gases llegan a acumularse en determinadas proporciones, aparece un riesgo potencial de inflamación o explosión, especialmente en instalaciones industriales que trabajan de manera continua durante miles de horas.
Por ese motivo, mejorar la eficiencia de los electrolizadores exige encontrar un equilibrio entre más producción y máxima seguridad.
El platino resulta más eficiente… aunque también favorece las fugas
Los investigadores analizaron distintos materiales utilizados en los cátodos para comprender por qué algunos dispositivos presentaban mayores niveles de fugas que otros.
El estudio revela que los cátodos basados en platino, extraordinariamente eficaces para acelerar la producción de hidrógeno, generan también una concentración muy elevada de hidrógeno disuelto cerca del electrodo.
Ese exceso termina aumentando la presión sobre el separador y favorece que parte del gas lo atraviese.
Además, el trabajo demuestra que incluso la posición de las capas de platino dentro del electrolizador influye en la cantidad de hidrógeno que consigue cruzar hacia el compartimento del oxígeno. Es un detalle de diseño que hasta ahora no se comprendía completamente y que puede servir para optimizar futuras generaciones de equipos.
Un catalizador que convierte el problema en agua
La solución propuesta no intenta bloquear físicamente las fugas.
El equipo desarrolló un catalizador de recombinación de gases (GRC) que actúa justo cuando pequeñas cantidades de hidrógeno consiguen atravesar el separador.
En lugar de permitir que el hidrógeno se acumule junto al oxígeno, el catalizador favorece una reacción química inmediata entre ambos gases que genera simplemente agua.
De esta manera desaparece prácticamente el riesgo de que se formen mezclas peligrosas sin perjudicar el funcionamiento del electrolizador.
Las pruebas realizadas fueron especialmente exigentes. El sistema trabajó durante más de 1.000 horas continuas con una densidad de corriente de 1 A/cm², manteniendo el mismo rendimiento mientras reducía las fugas de hidrógeno en un 95%.
Una mejora que puede acelerar la expansión del hidrógeno renovable
Aunque el estudio se centra en un componente muy concreto del electrolizador, sus implicaciones van bastante más allá.
La seguridad constituye uno de los aspectos más vigilados en cualquier instalación dedicada a producir hidrógeno. Reducir los riesgos asociados a las mezclas de gases facilita el diseño de plantas más fiables, disminuye la complejidad de algunos sistemas de protección y puede contribuir a aumentar la confianza de la industria y de los inversores.
En los últimos años numerosos países han aprobado estrategias nacionales del hidrógeno para impulsar este vector energético. La Unión Europea, por ejemplo, continúa promoviendo proyectos mediante el Banco Europeo del Hidrógeno, mientras varios estados miembros desarrollan grandes instalaciones de electrólisis conectadas a parques solares y eólicos.
Avances como este ayudan a resolver uno de los muchos retos técnicos que todavía separan la investigación de una implantación masiva.
Mucho más que combustible para vehículos
Aunque el hidrógeno suele asociarse a automóviles o camiones con pila de combustible, su importancia va bastante más lejos.
La producción de acero con bajas emisiones, la fabricación de amoniaco, el refinado industrial o determinados procesos químicos requieren grandes cantidades de hidrógeno que actualmente proceden, en buena parte, del gas natural.
Sustituir ese hidrógeno fósil por hidrógeno producido mediante electrólisis renovable permitiría reducir millones de toneladas de emisiones de dióxido de carbono cada año.
Además, el hidrógeno ofrece una ventaja difícil de conseguir con las baterías: puede almacenarse durante largos periodos, convirtiéndose en una herramienta útil para aprovechar excedentes de energía solar o eólica cuando la producción supera el consumo.
Potencial
La incorporación de catalizadores capaces de eliminar casi por completo las fugas de hidrógeno representa una mejora aparentemente discreta, aunque con un enorme valor para el desarrollo de la economía del hidrógeno.
Una tecnología de electrólisis más segura puede facilitar la construcción de plantas de mayor capacidad, acelerar la integración del hidrógeno en industrias intensivas en energía y reforzar el almacenamiento de electricidad procedente de fuentes renovables.
En un contexto donde la descarbonización requiere soluciones muy diversas, este tipo de innovaciones ayudan a resolver problemas concretos que, acumulados, marcan la diferencia. No transforman el sistema energético por sí solas. Pero hacen que el hidrógeno renovable resulte cada vez más competitivo, fiable y preparado para desempeñar un papel relevante en una economía con menos emisiones y mayor independencia de los combustibles fósiles.
Fuente: ecoinventos.com
